CC BY
47
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
Оснащение автомобилей многоцелевого назначения предложенными средствами блокирования силового привода и корректировки кинематического несоответствия позволяет повысить на 6...8 % среднюю скорость движения по грунтовым дорогам и бездорожью и снизить на 10.15 % расход топлива по сравнению с серийным автомобилем многоцелевого назначения.
Библиографический список
1. Мурог, И. А. Принципы и методы распределения мощности между ведущими колесами полноприводных армейских автомобилей / И. А. Мурог, А. В. Келлер. — Челябинск, 2009 — 218 с.
2. Особенности теории и конструирования полноприводных автотранспортных средств с «интеллектуальными» трансмиссиями / И. А. Плиев [и др.]. — М. : Изд-во ФГУП «НАМИ», 2012. - 158 с.
3. Мурог, И. А. Методика оптимизации распределения мощности в трансмиссиях автомобилей многоцелевого назначения / И. А. Мурог, А. В. Келлер, А. Н. Торопов // Многоцелевые гусеничные и колесные машины: актуальные проблемы пути их решения : материалы Междунар. науч.-техн.
конф., посвящ. 100-летию со дня рождения М. Ф. Балжи ; ЮУрГУ. - Челябинск, 2008. - С. 79-85.
ТЕРЕЩЕНКО Евгений Сергеевич, кандидат технических наук, преподаватель кафедры двигателей Омского филиала Военной академии материальнотехнического обеспечения (ОФВАМТО).
Адрес для переписки: [email protected] МУРОГ Игорь Александрович, кандидат технических наук, профессор (Россия), заместитель губернатора Челябинской области.
Адрес для переписки: [email protected] ФАДЕЕВ Дмитрий Юрьевич, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры двигателей ОФВАМТО.
Адрес для переписки: сіітаї [email protected] ШАБАЛИН Денис Викторович, кандидат технических наук, преподаватель кафедры двигателей ОФВАМТО.
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 15.02.2013 г.
© Е. С. Терещенко, И. А. Мурог, Д. Ю. Фадеев, Д. В. Шабалин
УДК 621.113:629.331 е. С. ТЕРЕЩЕНКО
И. А. МУРОГ Д. Ю. ФАДЕЕВ Д. В. ШАБАЛИН
Омский филиал Военной академии материально-технического обеспечения
Правительство Челябинской области
К ВОПРОСУ
О ПОВЫШЕНИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ МНОГОЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ______________________________________
В статье представлены результаты исследования и обоснованы технические решения по устранению недостатков рулевого управления автомобилей многоцелевого назначения, а также представлена зависимость требуемого угла наклона силовой статической характеристики рулевого управления от момента сопротивления повороту управляемых колес.
Ключевые слова: рулевое управление, автомобиль многоцелевого назначения, рулевой усилитель, угол поворота.
Годовое производство полноприводных автомобилей с 90-х годов сократилось в 2,73 раза. Данный факт в сочетании с стабилизацией численности грузового автомобильного парка предопределяет соответствующее снижение темпа его обновления. В результате этого в парке полноприводной автомобильной техники преобладают автомобили со сроками службы более 10 лет, что обуславливает существенный физический износ парка. Вместе с тем доля
автомобилей новых марок (со сроками службы до 5 лет) недопустимо мала (16 % от общей численности парка полноприводной автомобильной техники). Это характеризует значительный моральный износ парка полноприводной техники. Таким образом, можно сделать вывод, что парк полноприводной автомобильной техники имеет значительный физический и моральный износ и нуждается в среднесрочной перспективе в значительном обновлении. При этом
следует ожидать, что качественные потребности народного хозяйства в автомобильях многоцелевого назначения и унифицированных с ними по базе тактических автомобилях на перспективу расширятся, а их значение в обеспечении развития экономики страны будет возрастать.
В связи с этим необходимо проведение единой обоснованной технической политики в области развития и использования парка автомобильной техники. При этом экономически целесообразным является обновление парка автомобильной техники путем модернизации машин и разработки модельного ряда на основе базовой модели. В специфических условиях проведения таких работ эффективным является применение математических моделей процессов и методов численного эксперимента. Однако в настоящее время методология модернизации парка автомобильной техники в окончательном виде на проработана [1].
На основе проведенных ранее исследований установлено, что для устранения недостатков, присущих транспортным средствам с передними и задними управляемыми колесами необходимо, чтобы угловая скорость поворота задних колес была меньше угловой скорости поворота автомобиля, и боковая реакция на задней оси не меняла свой знак. Установлено, что для обеспечения необходимого соотношения угловой скорости поворота задник управляемых колёс и угловой скорости автомобиля угол поворота задних колес должен изменяться по следующему закону [2, 3]:
у = а • х •Ь есх,
(1)
где а, Ь, с — постоянные коэффициенты, при этом с<0, Ь>0.
В проведённых научно-исследовательских работах получены уравнения для расчета значений постоянных коэффициентов а, Ь и с в зависимости от максимального угла поворота передних колес и угла запаздывания, выбираемого для конкретного автомобиля многоцелевого назначения.
а = ©1тЬах • е^©“ ,Ь = 13 • Р | ,с = -
Ь - 4Ь
©„ ,
где
©2
©1
+ 1
1 -
©2
3 • (©а ©1 тах )
(2)
(3)
(4)
Численные значения коэффициентов для угла запаздывания ©6 = 0,07 рад и максимального угла поворота управляемых колес ©1тах=0,3 рад равны: а = 383,6; Ь = 2,55; с= -13,5.
Для оценка эффективности рулевого управления с усилителем гидравлического типа с переменным реактивным действием и оценки качества силового слежения в работе предложен коэффициент информативности:
К =
^ Р - Р ^
Р[г
к • Р
у р г тах 0
(5)
где кр — дифференциальный порог ощущения усилия; Рг — усилие на руле, Н; Рг — силы трения в
приводе распределителя, Н; Ргтах — максимальное усилие на рулевом колесе при установившемся движении с боковым ускорением _/у.
Необходимое качество управления может быть достигнуто, если величина коэффициента информативности меньше дифференциального порога ощущения водителем боковых ускорений.
Также в научно-исследовательской работе проведана сравнительная оценка рулевого управления с устройствами, обеспечивающими переменное реактивное действие путем регулирования расхода насоса, давления на входе в распределитель и площади реактивных устройств.
Установлено, что изменение реактивного действия регулированием расхода жидкости насосом приводит к значительному увеличению усилия на рулевом колесе при больших скоростях его поворота. Зависимость усилия на рулевом колесе от расхода жидкости насосом явно нелинейна и определяется не только расходом, но и конструкцией распределителя и трубопроводов. Это затрудняет выработку алгоритма управления усилием на рулевом колесе в зависимости от момента сопротивления повороту колес регулированием расхода жидкости насосом. Кроме того, увеличение усилия на рулевом колесе при больших скоростях его поворота недопустимо, что предъявляет повышенные требования к быстродействию системы регулирования.
Управление реактивным действием путем регулирования площади реактивных устройств теоретически наиболее предпочтительно по сравнению с остальными способами регулирования. Однако конструкционная реализация этой идеи очень сложна. Использование существующих конструкционнотехнологических решений ведет к значительному увеличению размеров распределителя и усложнению его конструкции [4].
В научно-исследовательской работе к рассмотрению принят гидравлический усилитель рулевого управления с регулированием давления рабочей жидкости, так как управление реактивным действием путем регулирования давления позволяет обеспечить плавное изменение усилия на рулевом колесе. Кроме того, регулирование давления более предпочтительно, поскольку его изменение практически прямо пропорционально показателю эффективности усилителя.
Также в работе установлена зависимость изменения коэффициента информативности рулевого управления от бокового ускорения и коэффициента сцепления с опорной поверхностью (рис. 1). Установлено, что величина коэффициента информативности выше дифференциального порога ощущения ускорений при уменьшении коэффициента сцепления, боковых ускорений до 0,8 м/с2 и больше 2,2 м/с2.
Улучшение «чувства дороги» с ростом бокового ускорения может быть достигнуто путем увеличения усилия на рулевом колесе.
Однако увеличение усилия на рулевом колесе на дорогах с высоким коэффициентом сцепления нежелательно, так как это может привести к затруднению управления автомобилем многоцелевого назначения из-за повышенного усилия на рулевом колесе. Поэтому в первую очередь необходимо повышение информативности рулевого управления в зоне небольших ускорений и малого коэффициента сцепления. Это может быть обеспечено путем увеличения показателя реактивного действия в зоне малых значений момента сопротивления повороту управляемых колес и снижением потерь на трение в рулевом управлении.
2
р
у
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
оценка влияния конструкционных факторов на параметры предложенной зависимости (7). Выбор факторов проведен на основе оценки их значимости по результатам моделирования. К исследованию приняты: передаточное число рулевого механизма; площадь поршня силового цилиндра, коэффициент сопротивления уводу транспортного средства и полная масса автомобиля.
На основе регрессионного анализа получены зависимости для расчета рациональных значений коэффициентов а и Ь уравнения (7). При этом критерием рациональности служила максимальная площадь на зависимости ф (рис. 2), ограниченная кривой К= = 0,4.
Математические модели для расчета коэффициентов а и Ь представлены в виде полиномов первого порядка:
Рис. 1. Зависимость коэффициента информативности от коэффициента сцепления и бокового ускорения
Рс1 • пс • игр • Лп
(6)
По результатам моделирования установлена зависимость требуемого угла наклона силовой статической характеристики рулевого управления от момента сопротивления повороту управляемых колес:
(
кд = а ■
Мс Л
1 - е
(7)
кд = а ■
( - М А
1 - е Ь
V 0
(8)
где
Рис. 2. Зависимость коэффициента информативности предлагаемого рулевого управления для автомобиля Урал-4320 от коэффициента сцепления и бокового ускорения
В результате проведённых работ установлен закон управления системой регулирования усилия на рулевом колесе путем управления давлением рабочей жидкости в зависимости от требуемого угла наклона силовой характеристики кд:
( к а
1 — кт
кд 0
где а и Ь — постоянные коэффициенты.
Для использования полученной зависимости при разработке новых автомобилей многоцелевого назначения и модернизации существующих проведена
а = 0,24 • К + 0,67 • та - 0,29 • 11т - 0,11 • Ис + 4,87, (9)
Ь = 1017 - 0,81 • К - 2,86 • та - 1,69 • - 0,94 • ^. (10)
Погрешность полученных зависимостей не превышает 7 % при уровне доверительной вероятности 90 %. Установлены рациональные значения коэффициентов а и Ь для трехосных полноприводных автомобилей многоцелевого назначения полной массой 7—15 тонн, которые составили:
а =18 — 30 и Ь = 670 — 915.
Изменение коэффициента информативности предлагаемого рулевого управления для автомобиля Урал-4320 (а = 26, Ь = 750) в зависимости от коэффициента сцепления и бокового ускорения представлено на рис. 2.
Анализ полученной зависимости позволяет сделать вывод о том, что рулевое управление с регулированием реактивного действия обеспечивает улучшение информативности рулевого управления по усилию на рулевом колесе при малых величинах бокового ускорения и низком коэффициенте сцепления шины с опорной поверхностью. Диапазон значений коэффициента сцепления, обеспечивающий информативность рулевого управления автомобилей многоцелевого назначения по усилию на рулевом колесе, увеличился в среднем на 32 %, а диапазон боковых ускорений — в среднем на 48 % [4].
Библиографический список
1. Мурог, И. А. Необходимость и возможность модернизации существующего парка автомобилей многоцелевого назначения / И. А. Мурог // Вестник Академии военных наук. — 2010. — № 3 (32). — С. 76 — 79.
2. Алгоритм управления распределением мощности между ведущими колесами автомобилей многоцелевого назначения / И. А. Мурог [и др.] // Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров : материалы 65-й Междунар. науч.-техн. конф. Ассоциации автомобильных инженеров (ААИ). Кн. 1. — М. : МГТУ «МАМИ», 2009. — С. 18 — 20.
3. Повышение эффективности колесных машин на основе принципа комбинированного управления распределением
Мс ■
Ь
мощности / И. А. Мурог [и др.] // Проектирование колесных машин : материалы Всерос. науч.-техн. конф., посвящ. 70-летию факультета «Специальное машиностроение» МГТУ им. Н. Э. Баумана. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Б аумана, 2010. — С. 87 — 91.
4. Мурог, И. А. Теория автомобильной техники как абстрактная сложная система / И. А. Мурог, В. Ф. Васильченков // Материалы XXIX науч.-метод. конф. воен. автомоб. и-та — Рязань : ВАИ, 1999 — С. 125 — 128.
ТЕРЕЩЕНКО Евгений Сергеевич, кандидат технических наук, преподаватель кафедры двигателей Омского филиала Военной академии материально-технического обеспечения (ОФВАМТО).
Адрес для переписки: [email protected]
МУРОГ Игорь Александрович, кандидат технических наук, профессор (Россия), заместитель губернатора Челябинской области.
Адрес для переписки: [email protected] ФАДЕЕВ Дмитрий Юрьевич, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры двигателей ОФВАМТО.
Адрес для переписки: [email protected] ШАБАЛИН Денис Викторович, кандидат технических наук, преподаватель кафедры двигателей ОФВАМТО.
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 15.02.2013 г.
© Е. С. Терещенко, И. А. Мурог, Д. Ю. Фадеев, Д. В. Шабалин
УДК 621.9.08:621.753.2:531.7:621.431 Н. Н. ЧИГРИК
Омский техникум высоких технологий машиностроения
ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТНЫХ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙ ЦИЛИНДРО-ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ ЗМЗ-511.10_______________________________
На основании исследования вопросов точности элементных размеров деталей ци-линдро-поршневой группы автомобильного двигателя ЗМЗ-511.10 при их комплектации и групповой взаимозаменяемости методом селективной сборки по группам действительных ремонтных размеров, применения методики расчета вероятностных характеристик цилиндрических сопряжений и графического изложения вероятностного распределения зазоров и натягов в сопряжениях «гильза — поршень», «отверстие в поршне под установку поршневого пальца — поршневой палец», «поршневой палец — отверстие во втулке верхней головки шатуна в сборе» выведены соотношения распределения зазоров и натягов в указанных сопряжениях и функциональная расчетная зависимость определения теоретического зазора и натяга в цилиндрическом сопряжении. Ключевые слова: точность элементных размеров деталей, формы поверхностей элементов и их взаимного расположения, посадка, допуск посадки, групповой допуск, размерная цепь.
Работоспособность деталей и механизмов автомобиля зависит от изменения предельных отклонений в подвижных сопряжениях вследствие износа деталей, ослабления прочности сопрягаемых посадочных соединений, нарушения нагрузочного режима, несоблюдения норм точности на сборку изделий и взаимной увязки отклонений размеров, формы и расположения, шероховатости поверхностей с точки зрения их влияния на погрешность измерений. Повышение качества ремонта автомобилей достигается совершенствованием организации технологии сборочных процессов и соблюдения технических требований на сборку, а комплектование и подбор деталей при ремонте непосредственно влияет на формирование его качества. При этом погрешность измерений зависит не только от точности применяемых средств измерений, но и от полноты реализации стандартных определений измеряемых величин, применяемого метода измерений, метода сборки,
условий, способа и схемы измерений, правильности и соответствия значений в конструкторской документации технических записей нормам точности, установления соответствия терминологии геометрических величин, их условных обозначений стандартным определениям на диаметр вала и отверстия по ГОСТ 25346-89 (СТ СЭВ 145-88) и ГОСТ 25347-82 (СТ СЭВ 144-88) [1, 2], на допуски формы и расположения поверхностей — по ГОСТ 24642-81, ГОСТ 24643-81 [3, 4].
Все размеры с проставленными нормами точности следует подразделять на элементные, или сопрягаемые, образующие посадку с сопрягаемой деталью, и координирующие, определяющие положение элементов детали или присоединяемых деталей относительно комплекта основных конструкторских баз. Реальная форма поверхностей элементов делает элементный размер переменным, ограниченным двумя значениями — наибольшим и наименьшим. Например,
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
